Lista de Exercícios 1 Ligações Químicas Resolução (1)

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1ª Lista de Exercícios – Ligações Químicas e Modelo Atômico 
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Enigmas 
1) Como os átomos podem alcançar estabilidade eletrônica? Explique também quais são 
os tipos de ligações químicas. 
R: Um átomo fica eletronicamente estável quando possui a camada de valência 
completa. Grande parte dos elementos químicos apresenta estabilidade quando possuem 
oito elétrons na camada de valência (regra do octeto). Para que isso aconteça, eles 
ganham, perdem ou compartilham elétrons entre si, através de ligações químicas 
primárias (iônica, covalente ou metálica). Além das ligações primárias existem também 
as ligações secundárias ocorrendo, principalmente, devido à assimetria da nuvem 
eletrônica de átomos e moléculas. 
 
2) Como você explicaria a afirmação: “Quanto maior a força de ligação química maior 
será o ponto de fusão”? 
R: As moléculas se mantém unidas através da atração existente entre elas, isto é, através 
da ligação química. O fornecimento de energia causa a quebra de suas ligações. O ponto 
de fusão é exatamente o ponto de energia necessária para que isso ocorra. Dessa forma, 
quanto maior a força de ligação química, maior será a energia de ligação química e 
conseqüentemente maior será a energia necessária para que ocorra a fusão do material. 
 
3) Qual a relação entre o poço energético e a força de uma ligação química? Dentro 
deste contexto explique porque os materiais cerâmicos se fundem a elevadas 
temperaturas. 
R: O poço energético em um gráfico de Energia x separação interatômica representa o 
ponto de energia de equilíbrio (energia de ligação). Neste ponto a distância interatômica 
é a distância de equilíbrio entre os átomos. Quanto maior for o poço de energia, maior é 
a força de ligação química existente, uma vez que o poço representa o ponto de 
equilíbrio das forças atrativas e repulsivas. Os materiais cerâmicos apresentam, em sua 
estrutura, ligações iônicas (as mais fortes) e dessa forma os maiores “poços” 
energéticos. Isto implica que a energia necessária para que a fusão ocorra é 
extremamente alta, provocada por elevadas temperaturas. 
 
4) Materiais Poliméricos são formados por ligações covalentes e secundárias (Van der 
Waals) então explique o motivo pelo qual este possui baixo ponto de fusão. 
2 
 
R: O baixo ponto de fusão dos polímeros se deve ao tipo de energia presente (Van der 
Waals) que são secundárias, relativamente fracas, comparadas a outros materiais. Isto 
implica em uma pequena quantidade de energia necessária para que a fusão ocorra. 
 
5) Quantos gramas existem em 1 u.m.a. de um material? 
1 uma/átomo = 1g/mol 
1 uma/átomo = 1g/6,023.1023 átomo 
1 uma = 1,6603.10-24 g 
 
6) Forneça as configurações eletrônicas para os seguintes íons, distribuídos em 
camadas: 
 a) P5+ b) Sn4+ c) Se2- d) I- e) Ni2+ 
a) P5+ – 10 elétrons – 1s2 2s2 2p6 
b) Sn4+ – 46 elétrons – 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d10 
c) Se2- – 36 elétrons – 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 
d) I- – 54 elétrons – 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d10 5s2 5p6 
e) Ni2+– 26 elétrons – 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d8 
 
7) O Iodeto de Potássio (KI) exibe uma ligação predominantemente iônica. Os íons K+ e 
I- possuem estruturas eletrônica que são idênticas às estruturas de quais gases inertes? 
R: Argônio e Xenônio 
 
8) Em relação à configuração eletrônica, o que todos os elementos do Grupo IIA (Grupo 
2) da tabela periódica, têm em comum? 
R: Todos possuem dois elétrons na camada de valência, alocados no orbital s. 
 
9) Cite sucintamente as principais diferenças entre ligações iônica, covalente e metálica. 
R) Ligação iônica ocorre através da transferência de elétrons, há atração eletrostática 
por íons de cargas opostas. 
Ligação covalente ocorre através do compartilhamento de elétrons. 
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Ligação Metálica – os elétrons de valência formam um mar de elétrons, uniformemente 
distribuídos ao redor dos núcleos de íons positivos, que atua como “cola” para esses 
núcleos. 
 
10) Qual(is) tipo(s) de ligação(ões) seria(m) esperada para cada um dos seguintes 
materiais: Xenônio Sólido, fluoreto de cálcio (CaF2), bronze, telureto de cádmio 
(CdTe), borracha e tungstênio. 
R: Para Xe sólido a ligação é do tipo Van der Waals por se tratar de um gás inerte. 
Para CaF2 a ligação é predominante iônica (com algum caráter covalente). 
Para o bronze a ligação é metálica, liga de cobre e estanho. 
Para o CdTe a ligação predominante é covalente (com algum caráter iônico). 
Para a borracha a ligação é covalente com presença de Van der Waals. 
Para o W a ligação é metálica, composto metálico. 
 
11) Os valores permitidos para os números quânticos dos elétrons são os seguintes: 
n = 1, 2, 3, ... 
l = 0, 1, 2, ... , n - 1 
ml = 0, ±1, ±2, ±3, ..., ± l 
ms = ±½ 
Para a camada K, os quatro números quânticos para cada um dos dois elétrons no estado 
1s, na ordem de n l ml ms são 100(½) e 100(-½). Escreva os quatro números quânticos 
para todos os elétrons nas camadas L e M e identifique quais correspondem às 
subcamadas s, p e d. 
R: Camada L (Subcamada S): 
N = 2 
l = 0 
m1 = 0 
ms = -1/2, +1/2 
 
 
 
4 
 
 
Camada L (Subcamada P): 
N = 2 
l = 1 
m1 = -1, 0 ,+1 
ms = -1/2, +1/2 
 
 
 
 
Camada M (Subcamada S): 
N = 3 
l = 0 
m1 = 0 
ms = -1/2, +1/2 
 
Camada M (Subcamada P): 
N = 3 
l = 1 
m1 = -1, 0 ,+1 
ms = -1/2, +1/2 
 
Camada M (Subcamada D): 
N = 3 
l = 2 
m1 = -2, -1, 0 ,+1, +2 
ms = -1/2, +1/2 
 
12) (a) Qual subcamada eletrônica está sendo preenchida nos elementos da série dos 
terras raras na tabela periódica? (b) Qual subcamada eletrônica está sendo preenchida na 
série dos actnídeos? 
a) 4f 
b) 5f 
 
 
 
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Problemas 
13) Calcule a força de atração entre um íon Ca2+ e um íon O2- cujos centros estão 
separados por uma distância de 1,25 nm no vácuo. (5,89.10-10 N) 
Resposta: 
�� = ����� =
� �− ��	
�� =
�
�
 =
�
�
�� .
���
. �
�
 
� = ��
(�, ��. ����
�/�) .
(
). (
). (�, �. ������)
(�, 
�. �����)
 = �, ��. ��
���� 
 
14) A energia potencial resultante entre dois íons adjacentes, ET, pode ser representada 
por: 
� = − !" +
$
"% 
Calcule a energia de ligação E0 em termos dos parâmetros A, B e n usando o seguinte 
procedimento: 
I: Derive ET em relação a r e, então, iguale a expressão resultante a zero, uma vez que a 
curva de ET em função de r apresenta um mínimo em E0. 
II: Resolva essa equação para r em termos de A, B e n, o que fornece r0, o espaçamento 
interatômico de equilíbrio. 
III: Determine a expressão para E0 pela substituição de r0 na equação de ET. 
Resposta: 
��&
�� =
� �− ��	
�� +
� � '�(	
�� 
� =
� �− ��	
�� +
� � '�(	
�� 
� = ���)� −
('
�()� 
�
��
= ('��()� 
6 
 
�� = * �('+
�/(��()
 
�� = − ��� +
'
��( = −
�
� �('	
�
��(
+ '
� �('	
(
��(
 
 
 
15) Considere um par iônico hipotético X+ - Y- para o qual os valores do espaçamento 
interatômico e a energia de equilíbrio são 0,38nm e -5,37eV, respectivamente. Se o 
valor de n for igual a 8, determine as expressões para a energia atrativa (EA) e repulsiva 
(ER). 
Resposta: 
�� = * �('+
�/(��()
 
�� = − �
� �('	
�
��(
+ '
� �('	
(
��(
 
−�, ,- �/ = − �
� ��'	
�
���
+ '
� ��'	
�
���
 
−�, ,- �/ = − �
� ��'	
��-+ '
� ��'	
��-
 
Temos aqui uma equação com duas incógnitas (A e B), mas voltando na equação 
da distância de equilíbrio temos: 
�, ,�(� = * ��'+
�/(���)
= * ��'+
��/-
 
�
�' = (�, ,�(�)
�-
 
� = �'(�, ,�(�)�- 
Agora voltando na equação das duas incógnitas e substituindo: 
−�, ,- �/ = − �
� ��'	
��-
+ '
� ��'	
��-
 
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−�, ,- �/ = − �'(�, ,�(�)
�-
((�, ,�(�)�-)��-
+ '
((�, ,�(�)�-)��-
 
 
−�, ,- �/ = − �'(�, ,�(�)
�-
(�, ,�(�) +
'
(�, ,�(�)� 
−�, ,- �/ = − �'(�, ,�(�)� +
'
(�, ,�(�)� = −
-'
(�, ,�(�)� 
�, ,- �/. (�, ,�(�)�
- = ' 
' = ,, ,�. �����/ − (�� 
Voltando na equação do A: 
� = �. ,, ,�. ����(�, ,�(�)�- = 
, ,��/ − (� 
Substituindo nas equações de Energia Atrativa e Repulsiva temos: 
�� = − 
, ,�� 
�' = ,, ,�. ��
��
�� 
 
 
16) Uma forma comum para descrever a curva 
de energia de ligação da figura para a ligação 
secundária é o potencial “6-12”, que afirma: 
� = − !01 +
$
023 
 
Onde: A e B são constantes para a atração e a repulsão respectivamente. Essa forma 
relativamente simples é um resultado da mecânica quântica para esse tipo de ligação 
relativamente simples. Dados: A = 10,37.10-78 J.m6 e B = 16,16.10-135 J.m12, calcule a 
energia de ligação e o comprimento da ligação para o argônio. 
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17) Faça um gráfico da energia de ligação em função da temperatura de fusão para os 
metais listados na tabela. Usando esse gráfico obtenha uma estimativa aproximada para 
a energia de ligação do molibdênio, que tem uma temperatura de fusão de 2617ºC. 
Tipo de Ligação Substância 
Energia de 
Ligação 
(eV) 
Temperatura 
de Fusão (ºC) 
Metálica Hg 0,7 -39 
Metálica Al 3,4 660 
Metálica Fe 4,2 1538 
Metálica W 8,8 3410 
 
 
Para o molibdênio temos ~ 7 eV 
 
 
Hg
Al
Fe
W
y = 0,0022x + 1,1731
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
-500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
E
n
e
rg
ia
 d
e
 L
ig
a
çã
o
 (
e
V
)
Temperatura de Fusão (ºC)
Energia de Ligação x Temperatura